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專業知識

關于鈦白粉在水性涂料中的分散的研究

發布時間:2017-11-27瀏覽次數:


      在涂料生產的過程中,鈦白粉分散的好壞直接影響著水性涂料的儲存穩定性、涂膜外觀和涂裝作業難易等。在水性涂料的生產過程中,鈦白粉顏料的潤濕過程是一個“鈦白粉-空氣”、“鈦白粉-鈦白粉粒子界面”被“鈦白粉-樹脂溶液界面”替換的過程,決定潤濕效果的因素主要有樹脂溶液在鈦白粉顏料粒子表面的吸附,樹脂向鈦白粉顏料凝聚體空隙間的滲透。粉碎過程是鈦白粉顏料粒子的凝聚體或者附聚體通過剪切力或者沖擊力破壞為細小粒子的過程,它不僅與設備有關系,還與鈦白粉顏料的聚凝狀態相關。分散穩定是粒子間產生斥力而阻止粒子間再聚集的過程。

  雙電層理論

  雙電層理論就是靜電穩定機制,通過調整pH值或者加入電解質,使顆粒表面產生一定量的表面電荷,以增大雙電層厚度和顆粒表面的ξ電位值,使顆粒間產生較大的排斥力,進而實現顆粒的穩定分散。盡管鈦白粉的ξ電位有助于分散穩定性,但是,與位阻的排斥力相比,其作用還是相當小的。通常的工藝要求漿液具有較高固含量、較低黏度的同時具有較好的穩定性。懸浮液的穩定性是其基本性質:首先粒子不能太大,否則重力會導致快速地沉降;另一重要因素是粒子間的吸引力,如果粒子引力足夠大,彼此就會相互粘附,導致粒子束快速沉降(如絮凝)。通常采用的防止絮凝的方法是在粒子表面引入相互排斥的力:電荷間的排斥力(電穩定)、吸附的高分子間的斥力(空間穩定)或兩者的結合(空間穩定)。雙電層穩定機制,即通過調節pH值使顆粒表面帶上一定的表面電荷,形成雙電層;通過雙電層之間的排斥力使粒子之間的引力大大降低,從而實現粉體的分散。鈦白粉的表面電性是由粉體表面的荷電離子,如OH-、H+等決定的,當鈦白粉分散到溶液中的電性還與溶液的pH值即溶液的離子類型有關系。粉體表面的荷電性影響顆粒之間、顆粒與無機離子之間、表面活性劑離子以及其他化學物質之間的作用力,因此影響顆粒之間的團聚和分散。根據雙電層理論可以比較清晰地看出所謂的ξ電位并不是顆粒的界面電位,只是吸附層外側的電位,ξ電位與顆粒緊密層的電位十分接近,可以近似為相等。熱力學電位總是大于ξ電位,吸附層越厚ξ電位越低。如果顆粒表面上的負電荷數和固定層吸附的正電荷數相等,ξ電位就變成了零,這時對應的溶液的pH值稱為等電點[4-5]。當溶液的pH值大于等電點時,粉體表面荷負電;小于等電點時,荷正電。當然,影響ξ電位的因素很多,如粉體的化學成分、pH值、表面缺陷、溶劑、粒度分布等等。

  表面化學特性

  實際上在水性涂料體系里面,ξ電位是隨著鈦白粉的單位吸附量的增加而迅速增大的,但是當ξ電位升高到一定程度后,其增大的幅度逐漸變緩。從而表明鈦白粉顆粒必須達到一定的吸附量,才能夠具有一定的電荷穩定性,這一點對實際的水性涂料配方設計有著深遠的意義。隨著鈦白粉粒子的細微化,表面原子所占比例增加。但表面原子受到的是不對稱力,即與其鄰近的內部原子的非對稱價鍵力和其他原子的范德華力的作用,其價鍵是不飽和的。根據鈦白粉在水溶液中的pH值不同,可帶正電、負電和電中性。當pH值比較小時,粒子表面形成MOH2,導致粒子表面帶正電;pH值高時粒子表面形成M-O鍵,使粒子表面帶負電;如果pH值處于中間值,則表面形成MOH,粒子呈電中性。在不同的pH值下,分散在水中的粉體的表面化學特性就由吸附到顆粒表面的H+OH-粒子所決定。

  水性涂料分散劑對鈦白粉粉體特性的影響

  在鈦白粉含量不變的情況下,單位的吸附量與分散劑的含量成正比,根據公式a=Ax/(1+Ay)=X/(A-1+Y)可以推導出單位鈦白粉上的吸附量。根據膠體穩定性的DLVO理論,膠體質點之間存在范德華吸引作用,而質點在相互接近時又因雙電層的重疊而產生排斥作用,膠體的穩定性取決于質點之間吸引與排斥作用的相對大小。懸浮體的分散性和流動性與其ξ電位值有很大關系,一般,ξ電位絕對值越大,越有利于懸浮體分散。在漿料的制備過程中,為獲得高分散性穩定性好的漿料,通常選用一些高分子電解質來改善其懸浮性能。引入分散劑以后,粒子表面ξ電位絕對值增加,這是由于加入分散劑后,帶有負電荷的分散劑陰離子基團吸附在鈦白粉粒子表面,使粒子表面的負電荷性更高,粒子表面的電荷密度最高,粒子間產生最大的靜電斥力,于是漿料具有最佳的分散性。因此,制備高固體含量的鈦白粉漿料選擇最佳pH值應在89。

  水性涂料分散劑對鈦白粉漿料流變特性的影響

  懸浮液的流變性決定于漿液的固含量和粒子間的相互作用。鈦白粉粉體在水介質中具有較高的比表面能,因而容易產生團聚或絮凝,影響漿料的穩定性和均勻性。分散劑的加入不僅能改善粉體的表面特性,而且對鈦白粉懸浮體的流變行為也有較大影響,通過加入分散劑的方法可以獲得低黏度、高穩定性均勻性好的涂料漿料。不加分散劑時漿料的黏度最大,隨著分散劑用量的增加,粒子表面電荷密度升高,離子間斥力也相應增加,漿料的黏度開始下降,流動性好轉,體系的分散性得到改善。進一步增加分散劑用量,漿料黏度變化不大,這是由于粒子表面電荷達到飽和所致。但分散劑用量過大,過剩的分散劑分子相互橋連形成網絡結構,限制粒子間的運動,使流變性變差。


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